Cours Labo Partie 4 - Les Betons

May 7, 2017 | Author: Rory Ndanga | Category: N/A
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S a v o i r s

T e c h n o l o g i q u e s s

LES BETONS

A s s o c i é

PARTIE

04

SOMMAIRE

COMPOSITION DES BETONS :…………….... Page 67 BETON PRET A L’EMPLOI :……………….….. Page 69

Laboratoire GENIE

DESIGNATIONS DES BETONS HYDRAULIQUES :……………….……...……… Page 73 COMPOSITION DES BETONS : METHODE DREUX - GORISSE :…………..…….…………. Page 75 METHODE DREUX–GORISSE - TABLEAUX : Page 79

CIVIL

CONTROLES SUR BETON FRAIS :….………. Page 83 CONFEXTION D’EPROUVETTES :…………... Page 89 CONTROLES SUR BETON DURCI – ESSAIS NON DESTRUCTIFS :……..…………………… Page 93 CONTROLES SUR BETON DURCI – ESSAIS DESTRUCTIFS :……..………..………………… Page 97

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

NOTES PERSONNELLES

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

COMPOSITION DES BÉTONS 1. DEFINITIONS Le béton est constitué de deux parties essentielles : LA PATE DE CIMENT

LES GRANULATS





CIMENT + EAU

SABLE + GRAVILLON

L' étude de la composition d'un béton consiste à définir le mélange de ces différents constituants pour obtenir un béton dont les qualités soient celles recherchées pour la construction de l'ouvrage à réaliser. Presque toujours, il s'agit de rechercher deux qualités essentielles : LA RESISTANCE

L'OUVRABILITE





Résistance en compression

Affaissement au

du béton à 28 jours : fc28

cône d'Abrams : A

Mais il faudra, en fonction de l'utilisation du béton, rechercher d'autres qualités: Etanchéité, résistance au gel, parement, etc... Il n'existe pas une composition type, mais des méthodes de composition ( FAURY, BOLOMEY, VALLETTE, DREUX-GORISSE,...). Elles sont toutes basées sur une adaptation de résultats expérimentaux. 2. FACTEURS ESSENTIELS DE COMPOSITION 2.1.

La pâte de ciment :

Dans le béton frais, la pâte de ciment permet à la fois d'assurer la fluidité du béton et la cohésion du mélange ( plasticité ). Ces deux caractéristiques sont liées à la viscosité de la pâte de ciment et à sa proportion dans le mélange. Dans le béton durci, après la réaction d'hydratation du ciment, la pâte de ciment se transforme en un enchevêtrement de cristaux qui assure le " collage " des granulats et la résistance du béton. Cette fois, c'est la nature de la pâte qui est fondamentale (nature du ciment et quantité d'eau).

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

Des expériences ont montré que: •

La résistance d'un béton ne dépend que du rapport ciment/eau (C/E) et de la classe du ciment. ( Il faut tout de même une quantité suffisante de pâte de ciment correspondant à environ 200 kg de ciment / m3 ) La quantité d'eau nécessaire à la réaction d'hydratation du ciment correspond à un rapport C/E compris entre 1,5 et 2,5. Si on réduit ce rapport, on introduit une quantité d'eau non liée assimilable à du vide. On a donc un affaiblissement de la résistance.



Avec un dosage en ciment C constant, l'ouvrabilité augmente quand le rapport C/E diminue. L'augmentation de la quantité d'eau E dans le mélange diminue la viscosité de la pâte de ciment et augmente la fluidité du béton frais.



Le rapport C/E étant constant, l'ouvrabilité croît avec le dosage en ciment. L'augmentation du dosage C en ciment implique une augmentation de la quantité de pâte de ciment et donc une plus grande plasticité du béton frais.



Plus la proportion de pâte de ciment est importante, plus les risques de retrait et de fluage sont importants.

2.2.

Composition granulaire :

Il s'agit avant tout d'un problème économique: Le ciment étant le constituant le plus coûteux du béton, on a intérêt à en limiter la proportion. Le principe retenu est donc de déterminer une composition granulaire ( rapport G/S ) conduisant à un mélange laissant un minimum de vides, qui seront comblés par la pâte de ciment . La plupart des méthodes sont fondées sur la recherche d'une courbe granulométrique de référence conduisant à ce minimum de vides intergranulaire.

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

BETON PRET A L'EMPLOI 1. DEFINITIONS Les bétons prêts à l'emploi sont des bétons élaborés en centrales fixes ou mobiles à partir d'un mélange de ciment, de granulats courants naturels ou artificiels, d'eau et éventuellement d'adjuvants et d'additions, dont les composants sont dosés et malaxés pour être livrés prêts à être mis en place sans autre traitement. Ils sont transportés de la centrale au lieu d'utilisation dans des véhicules spécialement équipés de cuves tournantes, ou dans des véhicules à bennes, ou livrés directement dans un instrument de levage ou de manutention ( benne de grue, pompe... )

1.1.

Type de béton :

Le type de béton est désigné en abrégé par les lettres NA ( non armé ), BA (béton armé) ou BP ( béton précontraint )

1.2.

Bétons à caractères normalisés : BCN

Ce sont des bétons qui, à la commande, sont désignés par BCN suivi de : # la désignation normalisée du ciment et de l'addition éventuelle entrant dans la composition du liant équivalent; # la consistance désignée par la valeur en centimètres de l'affaissement mesuré au cône ou par une lettre; # la résistance caractéristique, valeur de la résistance à la compression à 28 jours désignée par la lettre B suivie de cette résistance en mégapascals; # la granularité désignée par les dimensions d et D en millimètres du plus petit et du plus gros grain des granulats; # la classe d'environnement; # le type de béton; L'utilisateur peut également spécifier des caractères complémentaires ( nature et provenance des constituants, dosage minimal en ciment ou en liant équivalent, aspect du parement... ). # la référence à la norme P 18-305 et le cas échéant à la certification ( marque NF ). Exemple: BCN : CPJ-CEM II/B 32,5 - P - B30 - 0/20 - E : 2a - NA - P 18-305 - marque NF

1.3.

Bétons à caractères spécifiés : BCS

Bétons définis à la commande par BCS suivi de : # la désignation normalisée du ciment et de l'addition éventuelle entrant dans la composition du liant équivalent; # la granularité désignée par les dimensions d et D en millimètres du plus petit et du plus gros grain des granulats; # le dosage en eau ou le rapport eau efficace/liant équivalent, ou la consistance; # la classe d'environnement; # le type de béton; L'utilisateur peut également spécifier des caractères particuliers autres que la résistance. # la référence à la norme P 18-305 et le cas échéant à la certification ( marque NF ).

2. CLASSES D'ENVIRONNEMENT page 69 _________________________________________________________________________

B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

Les normes ENV 206 et NF P 18-305 définissent des classes d'exposition en fonction des conditions d'environnement. Environnement Descriptif Classe 1 2a

sec humide sans gel ou avec un gel faible (1)

2b1

humide avec gel modéré (1)

2b2

humide avec gel sévère (1)

3 4a1 4a2 4b 5a 5b 5c

humide avec gel modéré ou sévère et produits dégivrants marin immergé ( sans gel ou avec gel faible )

- intérieur de bâtiments d'habitation ou de bureaux; - éléments extérieurs protégés par un bardage avec lame d'air. - intérieur de bâtiment où l'humidité est suffisamment élevée pour entraîner des risques de condensation; - parties extérieures; - parties en contact avec un sol non agressif et/ou de l'eau. - parties extérieures exposées au gel modéré; - parties en contact avec un sol non agressif et/ou de l'eau et exposées au gel modéré; - parties intérieures où l'humidité est élevée et exposées au gel modéré. - parties extérieures exposées au gel sévère; - parties en contact avec un sol non agressif et/ou de l'eau et exposées au gel sévère; - parties intérieures où l'humidité est élevée et exposées au gel sévère. - parties intérieures et extérieures exposées au gel et aux sels de déverglaçage.

- éléments complètement et en permanence immergés dans l'eau de mer. - éléments partiellement immergés dans l'eau de mer ou marin marnage ( sans éclaboussés par celle-ci; gel ou avec gel faible ) - éléments exposés à un air saturé en sel. - éléments partiellement immergés dans l'eau de mer ou marin avec gel modéré éclaboussés par celle-ci et exposés au gel modéré ou sévère; ou sévère - éléments exposés au gel et à un air saturé en sel. - environnement à faible agressivité chimique (gaz, liquides ou faiblement agressif solides); chimiquement (2) - atmosphère industrielle agressive. moyennement agressif - environnement d'agressivité modérée (gaz, liquides ou solides). chimiquement (2) fortement agressif - environnement à forte agressivité chimique (gaz, liquides ou chimiquement (2) solides).

Les classes de gel sévère, modéré et faible sont définies par les conditions suivantes mesurées en moyenne annuelle sur les 30 dernières années : - gel faible : pas plus de 2 jours ayant atteint une température inférieure à - 5 ° C; - gel sévère : plus de 10 jours ayant atteint une température inférieure à - 10 ° C; - gel modéré : entre gel faible et gel sévère. (2) voir norme P 18-011. (1)

3. LES ADDITIONS 3.1.

Nature des additions :

Les additions normalisées admises en substitution partielle du ciment sont : nature de l'addition code norme de référence Laitiers vitrifiés moulus de haut-fourneau Cendres volantes de houille

L

NF P 18-506

Cv

NF EN 450

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

3.2.

Additions calcaires

Fc

NF P 18-508

Fumées de silices

SF

NF P 18-502

Fillers siliceux de classes B, C et suivantes

Fs

NF P 18-501

Quantités d'additions :

La quantité maximale d'addition A est définie par le rapport A / (A + C ) pour les différentes classes d'environnement, selon le type de béton. Classes d'environnement E Rapport maximal Eeff / ( C + kA ) non armé armé précontraint BCN Rapport maximal et A / (A + C ) BCS additions calcaires cendres volantes laitiers moulus fumées de silice fillers siliceux

Air occlus ( en % ) Teneur minimale en ciment ou en liant équivalent (en kg/m3) pour D= 20 mm (4) non armé armé précontraint

Nature du ciment

1

2a

2b1

2b2

3

4a1

4a2

4b

5a

5b

5c

(1) 0,65 0,6

0,7 0,6 0,6

0,55 0,55 0,55

0,55 0,55 0,55

0,5 0,5 0,5

0,55 0,55 0,55

0,5 0,5 0,5

0,5 0,5 0,5

0,55 0,55 0,55

0,5 0,5 0,5

0,45 0,45 0,45

0,25 0,3 0,3 0,1 0,1

0,25 0,3 0,3 0,1 0,1

0,25 0,3 0,3 0,1 0,1

0,25 0,3 0,3 0,1 0,1

0,05 0,15 0,15 0,1 0,1

0,05 0,15 0,15 0,1 0,05

0,05 0,15 0,15 0,1 0,03

(1)

(1)

0,15 0,15 0,03

(1)

0,03

(1)

(1)

(2)

(2)

(2)

4(3)

4(3)

(2)

(2)

4(3)

(2)

(2)

(2)

150 260 300

200 280 300

240 280 300

300 310 315

330 330 330

330 330 330

350 350 350

350 350 350

330 330 330

350 350 350

385 385 385

(2)

(2)

(2)

(2)

(2)

PM

PM

PM

PM

ES

ES

(1) 0,05 0,15 0,15 0,15 0,15 0,1 0,03 (1) 0,03

(1)

Résistance caractéristique

minimale à 28 j. (en MPa)

(2) 16 22 28 32 32 35 35 32 35 40 non armé 22 25 28 30 32 32 35 35 32 35 40 armé 30 30 30 30 32 32 35 35 32 35 40 précontraint (1) Les additions éventuelles ne sont pas prises en compte pour le calcul du dosage en liant équivalent. (2) Absence de spécifications particulières. (3) Le respect de cette valeur implique l'utilisation d'un entraineur d'air. (4) Pour des valeurs différentes de D il faudra modifier les valeurs indiquées de la façon suivante: D ≤ 12,5 : + 10% D = 16 : + 5% D = 25 : - 5% D ≥31,5 : - 10% BCN

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

4 LIANT EQUIVALENT Le liant équivalent est constitué de ciment CPA - CEM I 42,5 ou 42,5R ou 52,5 ou 52,5R et d'une addition normalisée. Pour tenir compte des apports respectifs des constituants vis-à-vis de la durabilité, la quantité de liant équivalent est définie par la formule : C' = C + kA avec

# C = quantité de ciment en Kg par mètre cube de béton # A = quantité d'addition prise en compte en Kg ( voir tableau ) # k = coefficient de prise en compte ( voir tableau )

Valeurs forfaitaires de k Nature de l'addition k

Conditions

Laitiers vitrifiés moulus de haut fourneau, de 0,9 classe B Cendres houille

volantes

0,6 si i28 ≥0,83 et i90 ≥ 0,95 de 0,5 si i28 ≥0,80 et i90 ≥ 0,90 0,4 si i28 ≥0,75 et i90 ≥ 0,85 0,25 si i28 ≥0,71

Additions calcaires Fumées de silice

Fillers siliceux Autres cas, ciments ou additions

Environnements 5a, 5b, 5c

Autres environnements

1

SF/(SF + C) = 0,03

SF/(SF + C) = 0,10

2

SF/(SF + C) = 0,03 SF/(SF + C) = 0,10 si E/C ≤ 0,45 et si C ≥ 295 kg si E/C ≤ 0,45 et C ≥ 280 kg

0,10 autres autres

0

Les indices d'activité à 28 et 90 jours ( i 28 et i 90 ) sont déterminés selon les normes NF EN 450 et NF P 18-508

5 EAU EFFICACE La teneur en eau efficace est la proportion d'eau de gâchage augmentée de la proportion d'eau déjà présente à la surface des granulats considérés comme saturés à la surface sèche, dans les adjuvants et les additions. Elle est désignée en abrégé par Eeff.

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DESIGNATIONS DES BETONS HYDRAULIQUES Selon les NORMES NF P 18-010, NF P 18-540, NF P 18-305 et selon le FASCICULE 65 Article 24, Annexes Techniques 24.1 et 24.2 Si un béton est désigné par :

B 25

B 25 P - 0/20 - 350 CPJ CEM II/A 32,5 R, ces termes signifient

Résistance B désigne un béton - M désignera un mortier caractéristique 25 précise la résistance caractéristique en MPa : f c28 du béton A 24 - 1.2.2 T 24.1B NF P 18-010

9 classes de résistance sont normalisées :

B 12 - B 16 - B 20 - B 25 - B 30 - B 35 - B 40 - B 45 - B 50 ( seules les classes en italiques sont retenues par le fascicule 65 )

Consistance

P

A 24 - 1.2.1 T 24.1.A NF P 18-010 NF P 18-305

P désigne la classe de consistance par une fourchette de l'affaissement (cm) Des valeurs précises de l'affaissement peuvent être spécifiées (C± tolérance ) 0

0 5 9

+1 C --

4

+2 C--

PP

F F

Plastique

Ferme 0

EMBED MSDraw \* MERGEFORMAT

+3 C--

10 15

T.P. T.P. Très Plastique

0

EMBED MSDraw

\* MERGEFORMAT

+3 C --

16 Fl Fl

Fluide

Dimension maximale des granulats ( 20 mm dans le cas particulier )

Granulats 0 / 20

A 24 - 2.2 T 24.2 NF P 18-540

Des spécifications particulières s'appliquent aux granulats en fonction de fc28

* Si fc28 < 30 MPa : Les spécifications de base de la norme NF P 18540 s'appliquent. * Si fc28 > 30 MPa : Des spécifications particulières sont mentionnées par le fascicule 65 : Ab ( coeff. d'absorbsion eau ) ≤ 2 %, FS (Friabilité des sables) ≤ 20, LA ( Los Angelès ) ≤ 25, etc...

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

350 CPJ CEM II/A 32,5 R

Ciment et dosage A 24 - 2.1 T 24.1.C3

350 : dosage minimum en ciment ( en Kg/m3 de béton en place ), CPJ-CEM II/A : type de ciment : Ciment Portland Composé fabriqué à partir de 80 à 94 % de clinker et 6 à 20 % de composants divers ( cendres, laitier, fumée de silice, etc...), 32,5 : classe du ciment : Il s'agit de la résistance normale du ciment à 28 jours en MPa. 32,5 représente la limite inférieure garantie Li, la limite supérieure Ls étant égale à 52,5 MPa, R : précise que le ciment a une résistance elevée au jeune âge ( à 2 jours ). Le fascicule 65 précise le dosage minimal pour assurer la durabilité du béton

D B.A. courant B.A. très exposé et B.P.

5

10

16

20

25

50 Formule de calcul

400 350 315 300 290 250 510 440 400 385 370 320

550 D 700 5 D 5

NOTES PERSONNELLES

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

COMPOSITION DES BETONS : METHODE DREUX-GORISSE 1. CHOIX DES DONNEES DE BASE 1.1.

Résistance :

La valeur généralement spécifiée est la résistance caractéristique à 28 jours ( fc28 ) La résistance moyenne à atteindre peut être évaluée 15 % supérieure soit:

fc ≈ fc28* 1,15 1.2.

Ouvrabilité :

On prend comme valeur de référence l'affaissement au cône d'Abrams A Le choix de l'ouvrabilité dépend du mode de mise en place et de la densité du ferraillage.(TABLEAU 1)

1.3.

Dimension maximale D des granulats :

On a vu que pour une courbe granulométrique donnée, plusieurs dimensions de tamis peuvent satisfaire aux conditions énoncées par la norme P 18-540 pour la définition du diamètre D du plus gros granulat.

Dans l'application de la méthode DREUX-GORISSE, la valeur retenue D sera telle que le refus sur le tamis correspondant soit la plus proche de 8 %. La dimension des granulats dépend également de l'ouvrage à réaliser ( TABLEAU 2 )

2. DETERMINATION DU RAPPORT C/E Le rapport du poids de ciment au poids d'eau par m3 de béton est défini en fonction de la résistance moyenne escomptée: ( Relation de Bolomey ) fc = G * FCE ( C/E - 0,5 ) fc

: Résistance moyenne du béton à 28 jours

G

: Coefficient granulaire ( TABLEAU 3 )

FCE

: Résistance moyenne du ciment à 28 jours

C

: Masse de ciment par m3 de béton

E

: Masse d'eau par m3 de béton

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3. DETERMINATION DU DOSAGE EN CIMENT C Le dosage en ciment se calcul en fonction de l'ouvrabilité souhaitée. On utilise l 'abaque n° 1. REMARQUE: Un dosage minimum en ciment est souvent imposé par le cahier des charges ou par le cahier des clauses techniques générales. Il faudra donc prendre la plus grande valeur trouvée.

4. DETERMINATION DU DOSAGE EN EAU E Le dosage en eau se fait en fonction du rapport C/E et du dosage en ciment C:

E = C / ( C/E ) Pour tenir compte de la granulométrie, on applique une correction. ( TABLEAU 4 ) Le dosage ainsi trouvé correspond à la quantité d'eau à mettre dans le béton. Il convient de tenir compte de la teneur en eau des granulats au moment de la fabrication de ce béton. A défaut de valeurs précises, on peut utiliser celles du TABLEAU 5.

5. DETERMINATION DE LA COMPOSITION GRANULAIRE Il est nécessaire d'avoir les courbes granulométriques des granulats. Le module de finesse du sable et son équivalent de sable doivent être conformes aux valeurs préconisées ( voir cours ).

5.1.

Tracé de la courbe granulométrique de référence :

Sur le graphique d'analyse granulométrique, on trace une composition granulaire de référence OAB * point O : abscisse : 0

ordonnée : 0

* point B : abscisse : D

ordonnée : 100

* point A : ses coordonnées sont définies de la manière suivante: - abscisse = D/2 si D ≤ 20 mm. - abscisse au milieu du "segment gravillon" limité par le tamis de 5 mm et le tamis correspondant à D si D > 20 mm. - ordonnée:

Y = 50 -

D +K

K: terme correcteur qui dépend du dosage en ciment, de l'efficacité du serrage, de la forme des granulats, et du module de finesse du sable.(TABLEAU 6 )

5.2.

Détermination des proportions de granulats :

On trace une ligne de partage joignant le point correspondant à 95 % des granulats fins au point correspondant à 5 % des gros granulats. On lit alors sur la courbe de référence, au point de croisement avec la droite de partage, les pourcentages en volume absolu de chacun des granulats.

6. DETERMINATION DE LA COMPOSITION EN VOLUME ABSOLU page 76 _________________________________________________________________________

B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

6.1.

Volume de ciment : Vc C Vc = C / MVRc

: volume absolu de ciment en dm3 : masse de ciment en kg

MVRc: masse volumique absolue du ciment en kg/dm3

6.2.

Volume de granulats : VG = (1000*γ) − Vc

6.3.

VG

: volume absolu des granulats en dm3

γ

: coefficient de compacité ( TABLEAU 7 )

Volume de sable : Vs= S % * VS

6.4.

Volume de gravillon : Vg= G % * VG

7. DETERMINATION DE LA COMPOSITION PONDERALE EN KG 7.1.

Masse de ciment :

C

7.2.

Masse d'eau :

E ( correspond au volume en dm3 )

7.3.

Masse de sable : S = Vs * MVRs

7.4.

MVRs: masse volumique absolue du sable en kg/dm3

Masse de gravillon : G = Vg * MVRg

MVRg: masse volumique absolue du gravillon en kg/dm3

8. AJUSTEMENT Dans la composition de référence, la somme des masses de chacun des constituants, y compris l'eau, ne donne en général pas exactement la masse du m3 de béton frais en oeuvre. 8.1.

Masse volumique théorique du m3 de béton frais : MV0 MV0 =C + E + S + G S : Masse de sable G : Masse de gravillon C : Masse de ciment E : Masse d'eau

} } pour confectionner 1 m3 } de béton frais }

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B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

8.2.

Masse volumique réelle : MV

En pesant l'éprouvette, on obtient sa masse M. Connaissant son volume V, on peut calculer la masse volumique réelle du béton en oeuvre.

M MV = ----V 8.3.

Ajustement

1. si MV = MV0 : La composition est bonne. 2. si MV < MV0 : La composition étudiée donne plus de 1 m3 de béton.

x = MV - MV0 Il faut apporter les corrections suivantes : # sur le gravillon

x * Mg ----------Mg + Ms

# sur le sable x * Ms ----------Mg + Ms 3. si MV > MV0 : La composition étudiée donne moins de 1 m3 de béton. Utiliser les mêmes formules que ci dessus.

NORMES À CONSULTER : NF P 18 - 010 : Bétons - Classification et désignation des bétons hydrauliques NF P 18 - 303 : Béton - Mise en oeuvre - Eau de gâchage pour béton de construction NF P 18 - 305 : Bétons - Bétons préts à l'emploi préparés en usine NF P 18 - 404 : Bétons - Essais d'étude, de convenance et de contrôle - ... NF P 18 - 405 : Bétons - Essais d'information - ... NF P 18 - 451 : Bétons - Essai d'affaissement page 78 _________________________________________________________________________

B.T.S. TRAVAUX PUBLICS

METHODE DREUX-GORISSE : TABLEAUX 1. TABLEAU 1 : OUVRABILITE DES BETONS Les caractéristiques propres du béton sont appréciées par sa consistance mesurée par l'affaissement au cône d'ABRAMS ( norme NF P 18-451 ) AFFAISSEMENT AU CONE

ECART

CLASSIFICATION

DESIGNATION

en cm

TOLERE

de 0 à 4 cm

± 1 cm

Ferme

F

de 5 à 9 cm

± 2 cm

Plastique

P

de 10 à 15 cm

± 3 cm

Trés plastique

TP

≥ à 16 cm

± 3 cm

Fluide

FL

SIMPLIFIEE

2. TABLEAU 2 : DIMENSION MAXIMALE DES GRANULATS Evaluation approximative de la dimension maximale D des granulats en fonction des caractéristiques de la pièce à bétonner et de l'ambiance plus ou moins agressive: CARACTERISTIQUES DE LA PIECE A BETONNER

D maxi

eh : espacement horizontal entre armatures ...........................

≤ eh / 1,5

ev : espacement vertical entre armatures ...............................

≤ ev

c : distance des armatures au coffrage : * ambiance trés agressive ..........................≥ 4 cm

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